第八章 有色金属材料

第三节 滑动轴承合金
用于制造滑动轴承及其内衬的合金
一、性能要求
1、要求轴承合金必须具有足够的抗压强度和疲 劳强度。 2、足够的塑性和韧性。 3、低的摩擦系数 4、良好的导热性和小的膨胀系数。
理想的轴承合金的组织应是软基体上均匀分布着 硬质点。软的基体被磨损下凹，可贮存润滑油并形成 连续的油膜；硬质点则凸起来支撑轴颈，使轴承和轴 颈的实际接触面积小，减小摩擦。如图示：
2、导电性和导热性好，仅次于银、铜、金居第四位。
二、铝合金及 强化方法 （一）概述 1、合金化 在纯铝中加入Si 、Cu、Mg、Zn、Mn等元素， 经热处理可使强度比纯铝提高3－4倍。 2、铝合金状态图（一般式） 共同特点是：基本相都是铝基 固溶体和 ＋ 共晶体。其中 为固溶体或化合物。 3、铝合金的分类及特性 根据加工工艺特性和合金元素含量可分为两大类。 即，变形铝合金和 铸造铝合金。 变形铝合金：具有良好的塑性，可进行锻造、轧 制、挤压等压力加工。 铸造铝合金：流动性好，宜铸造，不宜压力加工。
牌号表示方法：字母“ZL”＋三位数字 ZL－铸铝; 第一位数字表示合金类别 1－表示铝硅系， 2－表示铝铜系 3－表示铝镁系， 4－表示铝锌系 第 二、三位数字表示顺序号。 例如：ZL102、 ZL202、LZ302等。
特点：铸造性能好（Al-Cu合金差）
用途：铸造铝合金主要用于制造重要的形状复杂的 铝合金零件，例如汽车、拖拉机发动机的活塞等。
第八章有色金属及合金
通常把铁及其合金（钢、铸铁）称为黑色金属材 料，而把非铁金属及其合金称为有色金属材料。 与黑色金属相比，有色金属具有许多优良特性，例如 铝、镁、钛及其合金具有密度小，比强度高的特点， 在飞机，汽车制造等工业中应用十分广泛；又如银、 铜、铝及其合金的导电性导热性好，是电器，仪表工 业不可缺少的材料。虽然有色金属 使用量少，在机械 制造业中仅占4.5%左右，但它是现代工业中不可缺少 的材料。
时效强化：固溶处理的合金在较低温度下随时间 的延长发生进一步强化的现象(强度和硬度上升）称时 效硬化或时效强化。
强化机理： 在铝的 过饱和 固溶体晶格内形成 溶质原子富集区及铝化物且与 固溶体保持共格关系， 使得晶格严重畸变，使位错运动受到阻碍，提高了合 金的强度。
自然失效：在室温下进行的时效称自然时效（强 度可以达到400 MN/m2）， 人工失效：在加热条件下进行的时效称人工时效 （100－200º C）。 人工时效的效果不如自然时效效果好，但时间短。 例：含4％Cu的铝合金，固溶强化后强度为250MPa自 然失效后（4－5天）达到400MPa。
用途：制造飞机大梁、蒙皮等。 4. 锻铝合金 主要合金元素：Mg－Si－Cu, 常用牌号：LD5 L－铝 LD7 D－锻造
Cu－Mg－Ni 数字－顺序号
特点：具有良好的锻造成型性，可固溶处理+人工 时效强化。
用途：制造直升飞机的叶片、航空发动机活塞。
(二) 铸造铝合金
合金系：Al－Si Al－Cu Al－Mg Al－Zn
铝合金一般相图
温度
L
+L

变形铝合金 D 铸造铝合金

热处理不能强化
+
பைடு நூலகம்

热处理能强化
Al
F
D/ 合金含量（Si Mg Cu 等）
（二）铝合金强化方法 1、热处理强化 强化方法：固溶处理－时效强化。 固溶处理：将合金加热到溶解度曲线以上某一温 度，得到单一的固溶体组织，然后在水中迅速冷却， 使第二相来不及析出，形成过饱和固溶体。这种处理 的方法称固溶处理。
用途：制造油箱、油管等。
2 、硬铝合金 主要合金元素：Cu － Mg 常用牌号： LY1、 LY11等。 L－铝 Y－硬 数字－顺序号
特点：可用热处理时效强化，也可冷变形加工硬化。 用途：制造铆钉、螺旋桨叶片等。 3、超硬铝合金 主要合金元素：Zn－ Mg－ Cu LC4 LC6 L－铝 C－超硬 数字－顺序号 特点：这类铝合金是经固溶处理和时效硬化后强度最 高的一种铝合金。 常用牌号:
第二节 铜及合金
1、工业纯铜 （又称紫铜） 物理性能：密度为8.93g/cm3 ，熔点为1083 ℃，呈面 心立方晶格，表现出优异的冷、热压力加工性能，导电、 导热性能好 。强度低，不能作为结构材料使用。 应用：电线、电缆
2、黄铜： 化学成分：主要元素是铜和锌。含锌量0－50％。 呈淡黄色。 性能特点：强度高（比铝合金高）；耐磨性和耐 海水腐蚀性好，都优于铝合金和碳钢。
第四阶段，θ相形成与长大，形成稳定的CuAl2。与母相完全 脱离共格联系，晶格畸变大为减轻，强化效果显著减弱，合 金发生软化，这种现象称“过时效“。 实际上，时效过程不一定全部包括以上四个阶段，自然时效 只有一二阶段，人工时效只能观察到三、四阶段。
二、钛及其合金
纯钛是灰白色轻金属，密度为4.507g/cm3, 熔点为1668 ℃ 钛在固态下有两种晶体结构，882.5 ℃以上为β –Ti呈体 心立方晶格， 882.5 ℃以下为α-Ti呈密排六方晶格。这 种转变对钛合金的强化具有重要的意义。
黄 铜
特殊黄铜
3、青铜 主要成分： Cu-Sn合金，应用最早合金。近代又 发展了含Al、Si、Be、Mn、Pb的铜合金，习惯上也 都称为青铜。 特性：具有极高的耐磨性并耐蚀性好。 牌号：Q+元素符号＋含量 QSn4-3 QAl5 ZQSn10-5 等 （3％Zn） （5％Pb） 应用：耐磨件如齿轮、轴套、蜗轮，仪器上的弹 簧，耐磨和抗磁零件
钛合金具有重量轻、比强度高，耐蚀性好，耐高低温性 能好等优点，在航空、宇航、造船机械化工等方面都有 广阔发展前景。例如制造人造卫星外壳、火箭发动机壳 体、宇宙飞船船舱等。
二、分类及主要成分 锡基轴承合金 Sn+锑（Sb）和铜 铅基轴承合金 Pb+Sb+Sn+Cu 还有铜基轴承合金、铝基、等
三、牌号表示方法：ZCh+基本元素符号＋主加 元素符号＋含量＋辅加元素平均含量 例：ZChSnSb11-6 ZCh－铸造轴承 Sn－基本元素是锡 Sb11－锑含量为11％ 6－铜含量6％ 四、工业中常用的轴承合金 工业上称巴氏合金（巴比特合金）（锡基和铅基 轴承合金） 锡锑合金 ZchSnSb11-6 铅锑合金 ZChPbSb16-16-2 (16%Sb, 16%Sn, 2%Cu)
第八章
结
束
时效过程：分四个阶段： 第一阶段，形成GP[1]区，溶质原子的富集，引起晶格畸变， 位错受阻，强度提高。 第二阶段，形成GP[11]，Gp区有序化,随着原子的进一步富集， 原子有序的排列起来，成分结构接近CuAl2，称θ“，与母相共 格，引起晶格进一步畸变，位错进一步受阻，强度进一步提高。 第三阶段，形成过渡相θ′，溶质原子继续富集，化学成分逐渐 达到CuAl2的化学成分，部分与母相脱离共格联系，晶格畸变 减轻，对位错阻碍减少，合金趋向软化。
软基体是Sb 溶于Sn形成的固 溶体呈暗黑色； 硬质点是 SnSb,β相呈白方块
用途：浇注大型机器的轴瓦，如气轮机发动机等高 速轴瓦。巴氏合金熔点和强度均较低，承受不了大的 压力，生产上常用离心浇注法将它们镶铸在08F钢轴瓦 上，制成所谓“双金属”轴承。
以铝铜合金为例 例如4%Cu的铝合金加热到α相区 中某一温度，经过一 段时间保温，使获得单一的α固溶体组织，然后投入水 中快速淬火，使次生相CuAl2 来不及从α中析出 ，获得过饱和的 α 固溶 体。其强度可以达到 250MN/m2。 时效强化：固溶处理的 合金随时间的延续而发 生进一步强化的现象称 时效硬化或时效强化。 例如：固溶处理的合金 ，如果在室温放置4-5
第四阶段，θ相形成与长大，形成稳定的CuAl2。与母相完全 脱离共格联系，晶格畸变大为减轻，强化效果显著减弱，合 金发生软化，这种现象称“过时效“。 实际上，时效过程不一定全部包括以上四个阶段，自然时效 只有一二阶段，人工时效只能观察到三、四阶段。
2、对变形铝合金通过冷变形加工硬化，使强度提高。 3、固溶强化 合金元素溶入铝晶格中形成有限固溶 体，使合金强度提高。如硅铜镁锰等。
第一节 铝及其合金 一、工业纯铝 特性： 1、熔点低，比重小。熔点为660.4 ℃ 密度 2.72 3、面心立方晶格，强度低（σb=80-100MPa）， 塑 性好（ψ=80%），可以通过压力加工成各种型材，与其 面心立方晶体有关。 4、抗大气腐蚀好，其表面有一层致密的氧化膜。 牌号：工业纯铝牌号有 L1 L2 …….. L7 数字大纯度低 高纯铝 L01 L02 ……L04 数字大纯度高。 主要用途：电线、电缆
4、加入变质剂，进行变质处理—细晶强化。 例：Al－Si铸造合金，浇铸前加入2－3％钠盐混合 物（2/3NaF + 1/3NaCl-变质剂），结晶时产生大量晶 核，获得细晶粒，合金的强度和塑性都得以提高。
铝硅合金变质处理前
铝硅合金变质处理后
三、常用铝合金 铝合金分为两大类：变形铝合金、铸造铝合金 （一）变形铝合金 变形铝合金按其性能和用途分为：防锈铝合金、硬铝 合金、超硬铝合金和锻铝合金。 1、防锈 铝 主要合金元素：Mn ， Mg 常用牌号：LF5、LF11、LF21等 L－铝 F－防锈 数字－顺序号 特点：合金元素少，热处理强化不起作用，只能 用加工硬化的方法强化。
时效过程：分四个阶段： 第一阶段，形成GP[1]区，溶质原子的富集，引起晶格畸变， 位错受阻，强度提高。 第二阶段，形成GP[11]，Gp区有序化,随着原子的进一步富集， 原子有序的排列起来，成分结构接近CuAl2，称θ“，与母相共 格，引起晶格进一步畸变，位错进一步受阻，强度进一步提高。 第三阶段，形成过渡相θ′，溶质原子继续富集，化学成分逐渐 达到CuAl2的化学成分，部分与母相脱离共格联系，晶格畸变 减轻，对位错阻碍减少，合金趋向软化。
分类、牌号及应用： 普通黄铜 Cu－Zn合金， H59、H62 、H70等 H－黄铜 数字－Cu% 应用：水管、油管、散热器等。 普通黄铜基础上加入Al Mn Pb Si 进一步提高强度、硬度、耐磨性和 耐蚀性。 牌号：HPb59-1 表示含铅黄铜， Cu%=59 Pb%=1 应用：制造船舶、化工中的高强耐 蚀零件钟表、机械的轴瓦耐 磨零 件等